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本书是电子科技大学研究生教改项目“现代网络理论与综合”精品课程建设项目的配套教材。该项目致力于建设适合普通高等学校工科研究生学习使用的“现代网络理论与综合”的教材及相关的配套资源，帮助学生将所学知识学以致用，提高工程应用和实践能力。本书主要涉及现代电路的网络分析与综合方法，重点介绍集总元器件的分析与综合理论，并适当引入和讨论了射频微波电路的网络分析与综合。全书共3篇，并分为8章，主要内容涉及集总参数、分布参数及多频段电路的网络理论及其应用。第1～3章主要内容为低频网络分析，包括绪论、网络图论与电路方程、网络函数与分析；第4～6章主要内容为低频网络综合，包括滤波器逼近方法及无源网络综合和有源网络综合；第7章和第8章主要讨论分布参数元件（简称分布元件）构造的射频微波网络的分析与综合，其中，第7章主要讨论射频微波网络基础，第8章主要介绍多频段网络的理论与综合。本书可作为电类，特别是弱电类（电子科学与技术、信息与通信工程、电子信息、自动化与自动控制和计算机科学等）专业的高年级本科生及研究生的教材，也可以作为广大电子技术相关领域科研人员和爱好者的参考书。

第一篇  低频网络分析
第1章  绪论	1
1.1  电路网络的频谱特性	1
1.2  集总元件及电路理论	2
1.2.1  电短传输线（电短线）	3
1.2.2  集总网络的简单分析	4
1.2.3  集总元件的网络参数	5
1.3  分布元件及传输线理论	6
1.3.1  电长传输线（电长线）	6
1.3.2  典型的微带传输线元件	7
1.3.3  传输线等效电路及其重要参数	8
1.3.4  传输线网络参数	11
1.4  电路与网络的CAD技术	11
1.4.1  Filter Solutions软件	11
1.4.2  MATLAB软件	13
1.4.3  RFSim99软件	15
1.5  习题	16
1.6 “特别培养计划”系列之课程设计	17
第2章  网络图论与电路方程	18
2.1  网络图论基础	18
2.1.1  基本概念与术语	18
2.1.2  基本定理	21
2.2  图的矩阵描述	22
2.2.1  关联矩阵	22
2.2.2  回路矩阵	23
2.2.3  割集矩阵	24
2.2.4  矩阵A、Bf、Qf之间的关系	25
2.3  网络方程及分析方法	26
2.3.1  KCL的矩阵形式	26
2.3.2  KVL的矩阵形式	28
2.3.3  VCR的矩阵表示	28
2.3.4  支路电流分析法	29
2.3.5  支路电压分析法	31
2.3.6  节点方程	33
2.3.7  割集方程	33
2.3.8  回路方程	34
2.4  习题	34
2.5 “特别培养计划”系列之课程设计	36
第3章  网络函数与分析	37
3.1  网络函数及零极点	37
3.1.1  网络函数的基本概念	37
3.1.2  零极点的基本概念	39
3.1.3  多端口网络函数	39
3.2  不定导纳矩阵	41
3.2.1  定义及特性	41
3.2.2  原始不定导纳矩阵的直接形成	43
3.2.3  不定导纳矩阵的端部变换	47
3.3  不定导纳矩阵的变换及其应用	49
3.4  有源网络的不定导纳矩阵分析法	52
3.5  网络分析的拓扑公式法	54
3.5.1  节点导纳的拓扑分析	55
3.5.2  ?jj的拓扑分析	58
3.5.3  ?ij的拓扑分析	61
3.5.4  策动点函数和转移函数的拓扑分析	63
3.6  网络分析的状态变量法	66
3.6.1  状态变量的基本概念	67
3.6.2  线性非常态网络的状态方程	67
3.7  灵敏度分析	69
3.7.1  基本概念和定义	70
3.7.2  基本公式及应用	72
3.8  习题	74
3.9 “特别培养计划”系列之课程设计	76
第二篇  低频网络综合
第4章  滤波器逼近方法	77
4.1  基本概念和重要函数	78
4.1.1  网络参数的归一化	78
4.1.2  滤波器的分类	79
4.1.3  几个重要的滤波器函数	80
4.1.4  逼近类型	83
4.1.5  滤波器的技术参数	87
4.2  巴特沃斯逼近	88
4.3  切比雪夫逼近	92
4.4  椭圆逼近	98
4.5  频带和电路参数变换	102
4.5.1  低通到高通的变换	102
4.5.2  低通到带通的变换	103
4.5.3  低通到带阻的变换	104
4.5.4  电路参数变换	104
4.6  习题	105
第5章  无源网络综合	107
5.1  正实函数	107
5.2  电抗函数的性质和实现	112
5.2.1  电抗函数的性质	112
5.2.2  电抗函数的实现	115
5.3  RC函数的性质和实现	120
5.3.1  RC函数的性质	120
5.3.2  RC函数的实现	123
5.4  双端接载的电抗双口网络	128
5.4.1  转移函数H(s)	128
5.4.2  反射系数与特征函数	129
5.4.3  多项式P(s)、E(s)和F(s)	132
5.5  电抗双口网络的设计参数	133
5.6  电抗函数的极点移出综合法	137
5.6.1  电抗函数的分类	138
5.6.2  极点移出法	139
5.6.3  部分极点移出法	143
5.6.4  基于极点移出法的双端接载电抗网络的综合	145
5.7  习题	149
5.8 “特别培养计划”系列之课程设计	151
第6章  有源网络综合	153
6.1  反馈型单运放二阶有源网络	153
6.1.1  负反馈二阶网络	153
6.1.2  正反馈二阶网络	157
6.2  高阶有源网络的直接综合法	161
6.3  电抗梯形网络的元件模拟法	163
6.3.1  广义导抗变换器和频变负阻元件	164
6.3.2  电感模拟法	165
6.4  习题	167
6.5 “特别培养计划”系列之课程设计	167
第三篇  射频微波网络
第7章  射频微波网络基础	168
7.1  线性网络参数简介	168
7.1.1  N端口网络的阻抗/导纳参数	169
7.1.2  二端口网络的矩阵参数	170
7.1.3  散射参数	173
7.2  射频微波网络应用实例	174
7.2.1  小信号放大器级联的网络分析	174
7.2.2  微波匹配放大器网络分析	175
7.2.3  射频滤波器的网络分析	179
7.3  多端口射频微波网络的S参数及其应用	181
7.3.1  功率分配与合成网络	181
7.3.2  三端口环形器	182
7.3.3  三端口巴伦	184
7.3.4  四端口耦合器	186
7.4  习题	189
第8章  多频段网络的理论与综合	190
8.1  多频段电路网络理论基础	190
8.1.1  基于经典滤波器理论的设计方法	191
8.1.2  引入传输零点进行设计	193
8.1.3  使用多模谐振器进行设计	195
8.1.4  通过级联独立的单频段或双频段滤波器进行设计	195
8.2  多频段传输函数的综合技术	196
8.2.1  基本的低通传输函数	196
8.2.2  基于变换技术的多频段滤波器的传输函数综合	198
8.2.3  基于优化技术的多频段滤波器的传输函数综合	200
8.3  基于零极点优化技术的传输函数综合	201
8.4  习题	203
8.5 “特别培养计划”系列之课程设计	204
参考文献	205

前    言
本书主要涉及现代电路的网络理论及其应用，主要包括网络分析与网络综合两大部分。全书共3篇，包括低频网络分析、低频网络综合及射频微波网络。
现代电路网络理论可视为本科低年级阶段电路分析课程的“升级版”，是主要面向电子科学与技术、电子信息工程等相关专业高年级本科生和研究生而开设的基础课程。通过本课程的学习，学生可熟练掌握现代电路的分析与综合方法，同时增强独立分析及进行电路设计与调试的能力。
从频域来看，本书不仅讲述了传统的低频模拟电路网络理论与综合，还对高频特别是射频微波电路网络进行理论阐述。但是，随着电子技术的进步，传统的集总参数元件（简称集总元件）能够工作在很高的频段，甚至能够工作在微波频段，也就是说，射频微波电路也可以通过集总元件来实现，所以，如果仍然采用低频网络和高频网络来界定，可能会引起混淆。因此，为了更加准确，本书并不打算将电路简单地划分为低频和高频两大类，而是按照电路中采用的器件类型来划分，即划分为集总参数网络（简称集总网络）和分布参数网络（简称分布网络），这样划分电路网络更加准确、科学和贴近实际。
当前电子技术快速发展，相关电路理论与技术也相应发展和进步，一些新的电路理论和概念及电路结构被相继提出。同时，学科交叉使得古老的电路理论与技术焕发青春。比如， 现代无线电技术正在由单模单频段向多模多频段方向发展，因此，本书也对多频段电路网络的理论与综合进行了介绍。
近年来，编者一直在课堂上推行我校研究生院倡导的“特别培养计划”，积极践行高级人才培养的理念，每学期都开设了这个计划中的课程，教学效果良好。因此，在本书第1、2、3、5、6章和第8章中增设了部分具有挑战性的课程设计题目，供学生选做。
本书共8章，第1章为绪论，对现代电路的基本情况进行了介绍，还介绍了几种常见的电路EDA软件，以及其在电路分析与综合中的应用。第2章和第3章的主要内容为无源网络分析，第4～6章的主要内容为低频网络综合。第7章和第8章的主要内容是射频微波网络的理论及应用。网络分析部分在大学本科电路原理课程的基础上，进一步深入研究电路的基本规律和分析计算方法。其中，第2章和第3章（网络图论与电路方程、网络函数与分析）介绍现代电路网络理论中的几类分析电路的方法。同时，对网络灵敏度的分析也进行了简单介绍。在网络综合部分，除介绍网络综合的基础知识、无源网络综合和有源网络综合的基本步骤外，侧重研究得到广泛应用的无源滤波器和有源滤波器的综合方法。其中，第4章和第5章的内容是无源网络综合所必须具备的基础知识。此外，对无源LC梯形滤波器的综合方法也做了详细介绍。这种滤波器不仅性能优良，而且在有源RC滤波器等现代滤波器设计中，常以其作为原型滤波器。第6章是有源网络综合，主要介绍几类常用的二阶和高阶有源滤波器综合方法。第7章和第8章的主要内容是以分布参数元件（简称分布元件）构造的射频微波网络分析与综合。其中，第7章主要讨论射频微波网络基础，第8章主要介绍多频段网络的理论与综合。
本书由电子科技大学陈会主编。同时，本书的编写还得到了电子科技大学钟洪声教授的大力支持，在此表示感谢。此外，本书作为电子科技大学研究生院首批精品课程建设教材，得到了学院领导和相关老师的大力支持，在此一并致谢。
限于编者的水平及成书时间比较仓促，书中难免存在疏漏、不妥之处，恳请广大读者批评指正。
编  者   
2023年10月

陈会，电子科技大学电子科学与工程学院副教授，毕业于电子科技大学电路与系统专业，研究方向为通信与雷达系统信号处理和射频微波电路混合集成，2019年，主讲的“电网络理论与综合”课程入选电子科技大学研究生精品课程。主持并参与"共成型相控阵天线研究”"5G毫米波通信多功能芯片研究”等科研项目，负责“电网络理论与综合”“通信与雷达系统概论”等课程项目建设。

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现代电路网络理论与应用